автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Метод синдромного кодирования и аппаратура для фильтрации событий и сопряжения с ЭВМ для физических исследований на синхрофазотроне ОИЯИ

¿90

/I/

ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

МЕТОД СИНДРОМНОГО КОДИРОВАНИЯ И АППАРАТУРА ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ СОБЫТИЙ И СОПРЯЖЕНИЯ С ЭВМ ДЛЯ ФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ НА СИНХРОФАЗОТРОНЕ ОИЯИ

Специальность: 05.13.16 - применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов для научных исследований Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

11-89-730

НИКИТЮК Николай Михайлович

УДК 681.518.3

Дубна 1989

Робота выполнена в Лаборатории высоких энергий Объединенного института ядерных исследований. .

О|ициольные оппоненты:

Доктор {иэико-вотемотичесних наук,

профессор В.А. Никитин

Доктор технических наук,

профессор О.П. Федотов

Доктор технических наук,

профессор И.В. Штраних

Ведущая научно-исслсдоватальская оргонизоция: Институт физики высоких энергий г. Серпухов.

Автореферат разослан "_"_ 1990 г.

Защита диссертации состоится "_"_ 1990 г.

в _ часов на заседании специализированного совета /1047.01 .04

при Лаборатории вычислительной техники и автоматизации по адресу: г. Лубна, Московской области, 0ИЯИ, ЛОТА.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке 0ИЯИ.

Ученый секретарь специализированного

совета (А^и Иванченко

; 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

]Наотоящая диссертация посвящена исследованию метода синдромного , лшдтЬования, его математического аппарата и быстрых алгоритмов первич-"нВйЧгшнратноЯ фильтрации физических событий, регистрируем«* в многоканальных детекторах заряженных чаотиц(на оонове систематического и последовательного применения алгебраической теории кодирования, вычислительной техники и методики электронных экспериментов физики высоких энергий. Приоритетное кодирование, алгебраическая теория обработки сигналов в годоскопических системах и метод синдромного кодирования реализованы в виде быстрых алгоритмов для регистрации множественности и координат взаимодействий частиц, регистрируемых в многоканальных детекторах заряженных частиц и в виде конкретных разработок мажоритарных схем совпадений на большое число входов, параллельных шифраторов и специализированных процессоров для быстрого отбора событий. Эффективная аппаратная фильтрация событий немыслима без программно-управляемых приборов и средств сопряжения спектрометров физики высоких энергий с ЭВМ. Поэтому цикл исследований автора диссертации посвящен разработке и созданию программно- управляемых блоков и систем в стандарте КАМАК.

Актуальность проблемы Начиная с 1960 г. в физических экспериментах широко используются ЭВМ о целью сбора и обработки экспериментальных данных. Этому способствовало также развитие и совершенствование многоканальных детекторов заряженных частиц. Современные детекторы элементарных частиц физики высоких энергий имеют высокую скорооть работы, и оущеотвует тенденция к увеличению этой скорости. Неуклонно растет число каналов регистрации, что приводит к необходимости в обработке огромного количества сигналов за минимально возможное короткое время. Помимо многопроволочных пропорциональных камер (МЛН) и дрейфовых камер в современных спектрометрах содержится также много других источников информации! черенковскиэ счетчики, сцинтилляционные годоскопы и др. В результате в процессе регистрации на одно событие получается несколько тысяч многоразрядных олов [I].

О роотом энергии чаотиц все более широкое применение находят калориметры - детекторы полного поглащения, содержащие десятки тысяч каналов регистрации. Для определения суммарного энерговыделения ливня, образованного высокознергетичными частицами, требуется вычисление суммы амплитуд оигналов, получаемых на выходах быстродействующих АЦП. В состав современных и вновь планируешх физических установок высоких и сверхвысоких энергий могут Ьходатъ также вершинные детекторы. Одной из гланых ; функций триггерных систем таких детекторов является определение за минимально возможнное время количества вершин взаимодействия странных частиц. Анализ большого числа работ, описывающих отечественные и зарубежные

триггерные системы первого и второго уровней показывает, что при их пос. троении не учитывается тот факт, что как правило, в современных многоканальных детекторах заряженных частиц одновременно срабатывает небольшая часть (10 - 20%) позиционно-чувствительных датчиков в детекторе. Кроме того, для анализа сигналов на множественность и определени! координат событий используется в основном такие алгоритмы, с помощью кс которых невозможно решить проблему быстрого анализа событий за несколы десятков наносекунд при большом числе каналов регистрации и приемлемой стоимости электроники. Поэтому исследование и разработка эффективных систем аппаратной фильтрации полезных событий и программно- управляемой элетроники является весьма актуальной задачей.

Цели и задачи исследования.

Основными целями диссертации явились: -исследование, теоретическое обобщение и создание новых математических быстрых алгоритмов для решения задач создания эффективных устройств регистрации множественности и координат событий в многоканальных детекто pax заряженных частиц.

-выработка общих принципов построения быстродействующих устройств для отбора физических событий по множественности сигналов, зарегистрирован ных в годоскопической плоскости на основе метода синдромного кодирован: и методов параллельной компрессии данных.

-исследование и создание экономичных методов и устройств приоритет ного кодирования параллельно-последовательного типа, -конструирование новых типов кодов для построения экономичных го доскопических систем со световой кодировкой, решающих задачу опти мального кодирования множественности сигналов и координат событий, -разработка новых и быстродействующих алгоритмов на основе алгебраической теории кодирования и алгебраических методов обработки сигналов, -развитие новых, быстрых и экономичных алгоритмов, реализующих предложенный метод синдромного кодирования для создания быстродействующих мажоритарных схем совпадений и координатных процессоров, -разработка принципиально новых устройств для регистрации событий кластерами.

-унификация электронной аппаратуры для спектрометров физики высоки энергий, работающих на линии с ЭВМ. -разработка методов расчета параллельных шифраторов и специализирован ных процессоров на основе аналитических выкладок и аналитических рас четов на ЭВМ.

-аналитические расчеты полей Галуа l-fc.:®), кодирующих матриц5 определ телей матриц, схем умножения в поле Галуа и проч.

Разработанный на базе алгебраической теории кодирования и алгебраи-зских методов обработки сигналов математический аппарат и быстрые ал-оритмы для оптимального кодирования данных в годоскопических системах требовалось применить для создания быстродействующих устройств отбора полезных событий в современных спектрометрах физики высоких энергий с учетом тенденций в построении многоуровневых систем фильтрации собы-ий на линии с ЭВМ.

Научная новизна и значимость работы Развитие и использование многоканальных детекторов заряженных частиц, сложнение критериев отбора физических событий и стремление физиков-экс-ериментаторов повышать эффективность и скорость отбора нужных физи-еских событий привело к необходимости исследования и разработке новых ринципов регистрации, фильтрации и обработки данных в спектрометрах изики высоких энергий. Стало очевидным, • что интуитивный подход к роектированию устройств фильтрации искомых событий на мокет беспечить получение высоких параметров и превде всего таких, как ыстродействив, коэффициент отбора полезных событий и экономичность.

Исследование и разработка новых алгоритмов и методов построения стройств компрессии данных и специализированных процессоров могли ытъ выполнены на стыке математических методов обработки сигналов, лгебраической теории кодирования и вычислительной техники. Другими ловами, было необходимо с учетом бурного развития методики физики асоких энергий, техники больших интегральных микросхем и микропроцес-оров найти адекватный метод построения быстродействующих логических стройств отбора полезных событий и специализированных процессоров, ост сложности интегральных микросхем и существенное расширение их ункционалышх возможностей не решают проблемы в связи с усложнением ритериев отбора физических событий и ростом числа каналов регистрации в пектрометрах до Ю5 и больше. Требовались новые идеи, и как это пока-ано в диссертации автора, они базируются на методах абстрактной лгебры, таких как группы, конечные поля, кольца и бястрив алгоритмы, например, система остаточных классов и параллельная компрессия анных . Предлогаемая автором методология основана на широком и истематическом применении метода синдромного кодирования, который для ешения поставленных целей в лвном виде не применялся. Метод индромного кодирования предполагает использование эффективного матема-ического аппарата алгебраической теории кодирования и техники коди-утацих и декодирующих устройств. Результатом исследований в этом нап-авлении явилось установление того факта, что проблема декодирования одов, исправляющих г ошибок и > I) и эффективная регистрация 1 сигна-алов, возникающих в годоскопической плоскости - это'фактически одна и

тажв задача. Разработанный метод синдромного кодирования основан на системе аналогий, которая как оказалось, существует мазду алгебраической теорией кодирования и созданной автором алгебраической теорией го-доскопических систем. Например, проблема регистрации и обработки событий с кластерами, регистрируемых в многоканальных детекторах заряжении частиц, сводится к теоретической и прктической задаче обнаружения и исправления пакетов ошибок, возникающих в каналах передачи информации. С теоретической точки зрения, благодаря такому подходу, удалось объединить и рассмотреть с единых позиций такие важные напрвления, как цифровая обработка сигналов, задачи которой формулируются в системах действительных и комплексных чисел и задачи кодирования с коррекцией ошибок, которые формулируются в другой числовой системе, называемой полем Гадуа СР(2т). В результате появилась возможность использования теории и практики кодов, исправляющих ошибки, для построения параллельных шифраторов комбинационного типа, с помощью которых одновременно кодируется 1; > I событий без применения тактовых импульсов и элементов памяти мажоритарных схем совпадений, параллельных счетчиков и координатных специализированных процессоров, не имэщих аналогов в мировой практике по таким параметрам, как быстродействие, широкие функциональные возможности и экономичность.

Новизна технических решений, созданных на основе метода синдромного кодирования и других методов подтверждается тем, что они опубликованы в ведущих отечественных и зарубежных изданиях и защищены 30 авторскими свидетельствами на изобретения и среди них семь изобретений внедрены. Кроме того, появилась возможность создавать новые кода и на их основе кодирующие устройства с наперед заданными полезными свойствами.

Результатом таких внедрений является повышение коэффициента отбора полезных событий, увеличение скорости набора статистики и расширение функциональных возможностей спектрометров. Следует отметить, что метод синдромного кодирования используется как в отечественных, так и в зарубежны; физических центрах. Так, например, в ЦЕРНе со ссылкой на нашу основополагающую работу, где предложен алгоритм отбора событий по схеме: код Хзмминга - ЩЩ для эксперимента N¿28, разработан быстродействующий трековый процессор 12Ь По методу синдромного кодирования разработан и применен в спектрометре ВИС-3 специализированный трековый процессор, в которс используется кодирущая матрица, предложенная в ряде работ автора.

В начале 50-х годов, когда начали появляться логические схемы на электронных лампах, разработчики аппаратуры и физики-экспериментаторы изучали и осваивали булеву алгебру, на основе которой создавались такие блоки электроники, как совпадения, антисовпадения, смесители и проч. Однако, в связи с развитием многоканальных систем регистрации и обработ-

данных, в которых широко используется техника больших интегральных гросхом и микропроцессоров, появилась необходимость в развитии и юльзовании нового математического аппарата - алгебры Гэлуа, которая ¡яется естественным продолжением булевой алгебры на случай большого :ла переменных и К-значной логики, где К > 2.

Исследования показали, что синтез довольно сложных булевых функций :но выполнять на базе аналитических расчетов на ЭВМ. Эффективность гаго метода показана на примере решения такой важной проблемы в >рной электронике, как создание динамически программируемых универ-1ышх модулей. Причем, в этой области не было готовых методов и реше-1 из-за отсутствия четкой постановки задачи и конструктивного подхода юшешш проблемы. Поэтому для решения отмеченных выше задач по иници-ше автора било организовано научное сотрудничество, результатом которого явилось создание комплекса программ для автоматизации логичес-'о проектирования устройств компрессии и обработки физической инфор-даи, разрабатываемых на базе алгебраической теории кодирования злгебраических методов обработки сигналов. Созданный теорети-зкий аппарат и его математическое обеспечение позволили автору дис-зтации создать новые быстродействующие алгоритмы для выполнения вл-Зраических операций в поле Галуа, рассчитать таблицы для решения за-I проектирования специализированных процессоров для быстрого отбора Зытий.

В диссертации дан эффективный метод решения проблемы создания уни-эсального динамически программируемого быстродействующего модуля ЩЛМ), имеющего алгебраическую структуру. Показано, что для практичес-* реализации быстродействующих УДПЖ можно использовать модули ППЗУ, Л и другие большие интегральные микросхемы. Использование набора таких щотипных модулей в перспективе открывает возможность для быстрого пе-трограммиролания с помощью микро-ЭВМ триггерных устройств первого уров-без изменения внешних связей, которые в настоящее время выполняются (эпическим путем. Один из вариантов УДПЛМ защищен авторским свидетель-зом на изобретение.

Перспективность и большую практическую ценность алгебраических мето-з обработки сигналов можно проиллюстрировать на примере развития тага важного направления в современном приборостроении, как сигнатурный элиз, который базируется на свойстве избыточных кодовых последовательней исправлять ошибочные символы, возникающие в цифровых системах в эцессе передачи и приема такой последовательности. Создаваемые на эй основе приборы - сигнатурные анализаторы используются для стировзняя макропроцессоров и сложной аппаратуры со встроенными ВйС микропроцессорами. Однако, в известных сигнатурных анализаторах

используются в основном последовательные методы обработки данных. Разработанные автором диссертации параллельные алгоритмы для выполнена трудоемких операций в поле Галуа могут найти применение и в этой области приборостроения. Наряду с исследовательской и научной деятельностью, автором диссертации проводилась большая работа по созданию и внедрению в физические эксперименты программно-управляемых блоков в стандарте КАМАК. В частности, внесен творческий вклад в создание систем регистрации на уровне горизонтальной, вертикальной и последовательной системы КАМАК. Ряд приборов внедрен в опытное производство ОИЯИ. Несмотря на то, что система КАМАК представляет собо] мевдународный стандарт, в котором строго определены три уровня стандартизации: механический, электрический и логический, для разработки и внедрения в физические эксперименты столь сложной аппаратуры требовалось проведение комплекса схематических, технологических : организационных мероприятий для ее успешного внедрения.

Разработанный математический аппарат метода синдромного кодирования и методика исследований, предложенные в настоящей диссертации, позволили создать и внедрить ряд параллельных шифраторов со специфическими свойствами, мажоритарных схем совпадений, параллельных счетчиков для быстрого отбора событий и специализированный процессор с широкими функциональными возможностями и входящими в спектрометры физики высоких энергий и в систему автоматизации и настройки каналов пучков на ускорительном комплексе Лаборатории высоких энергий ОИЯИ. Ряд программно-управляемых приборов в стандарте КАМАК, разработанных автором и пр; его участии, внедрена в опытное производство для мелкосерийного производства. Эта работа началась еще в 1972 г.и продолжается по настоящее время с учетом новых требований методики физических экспериментов. Автор принимал также творческое участие в создании ряда спектрометров, работающих на линии с ЭВМ, на которых получены результаты в таком важном направлении, как релятивистская ядерная физика. Основные положения диссертации опубликованы также в двух циклах лекций для молодых ученых ОКЯИ, а также в двух монографиях, изданных массовым тиражом. Некоторые схемные решения автора, такие как приоритетные шифраторы, получившие широкое применение в системах регистрации спектрометров физики высоких энергий, оказались весьма плодотворными и не менее чем на три года опередили аналогичные разработки за рубежом.

Следует отметить, что ряд ведущих ученых ОИЯИ , оценили совокупность работ автора, представленных в диссертации, как перспективное направле ние в разработке'и применению метода синдроыного кодирования для быстрой аппаратной фйльтрадии событий, регистрируемых в многоканальных детекторах заряженных частиц..

Следующие основные результаты диссертации выдвигаются для защиты: I. Метод синдромного кодирования, его теоретическое обоснование и применение для оптимального кодирования данных в годоскопических системах, создание устройств сжатия, фильтрациии и обработки физических событий в спектрометрах физики высоких энергий.

3. Разработка новых кодов и кодирующих схем для регистрации событий с кластерами.

3. Разработанный математический аппарат метода синдромного кодирования йля синтеза и построения параллельных шифраторов комбинационного типа на t входных сигналов ("Ь > I), для создания устройств отбора событий по множественности сигналов с алгебраической структурой и специализированных координатных процессоров, оперирующих над элементами шля Галуа 1Р(2т).

Применение разработанного математического аппарата для создания и внедрения новых, эффективных методов и приборов, не имеющих аналогов в «ировой практике, для спектрометров физики высоких энергий, что тодтверздается актами о внедрении.

5. Конструирование новых типов суторпозиционных кодов и соотственно кодирующих схем и их применение для построения параллельных шифраторов за большое число входов и предложение для применения таких кодов в тараллельных шифраторах для сцинтилляционных годоскопов со световой кодировкой.

3. Разработанные быстрые алгоритмы и защищенные авторскими свидетельствами на изобретения устройства для выполнения операций над элементам юля Галуа 0Р(2т)

7. Развитие математического аппарата синтеза переключательных функций, тредставляемых элементами поля Галуа ЙР(2т), с помощью аналитических зыкладок и расчетов на ЭВМ.

8. Оригинальное решение проблемы создания универсального, динамически программируемого логического модуля .

9. Пионерские разработки устройств приоритетного итерирования, используемые в спектрометрах физики высоких энергий и защищенные тремя авторскими свидетельствами на изобретения.

[О. Исследование и разработка метода параллельной компрессии данных для салориметров и других многоканальных детекторов заряженных частиц. :Г. Методика расчета устройств сжатия и обработки данных, разрабаты-¡аемых на основе алгебраической теории кодирования. 12. Пионерские разработки и внедренные в физические эксперименты ряд гриборов и контроллеров в стандарте КАМАК.

13. Разработанный впервые в нашей стране комплекс аппаратных средств дл последовательной системы КАМАК и его применение для автоматизации сист мы диагностики пучков на синхрофазотроне ОИЯИ и в спектрометре для исследования взаимодействия релятивистских частиц и ядер с протяженными мишенями.

Аппробация работы

Материалы диссертации докладывались на международных симпозиумах ОИЯИ по ядерной электронике (Варшава, 1971; Будапешт, 1973; Дубна, 1985 г. г.); на международных совещаниях по системным методам и аналитических вычислениях на ЭВМ и их применению в теоретической физике (Дубна, 1981; 1983 и 1985 г. г.); на всесоюзной конференции по автоматизации научны:« исследований на основе применения ЭВМ (Новосибирск, 1981); на первой объединенной всемирной конференции по символьной алгебре, аналитическим вычислениям и применению корректирующих кодов ISSAC-88 и ААЕСС-6, Рим, июль, 1988; на Европейской конференции по применению корректирующю кодов АЕСС-7 , Тулуза, июнь, 1989; на научных семинарах Лабораторий высоких энергий и вычислительной техники и автоматизации ОИЯИ; на школе ИЯИ для молодых ученых в 1984 и 1986 г. г, в виде лекций для молодых ученых ОИЯИ, а также Б Electronic Newsletter (CERE).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 65 печатных работ и среди них две монографиии, два цикла лекций для молодых ученых ОИЯИ и 15 авторски) свидетельств на изобретения.

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, шести глав, пяти приложений, заключения, списка литературы из 259 нименований, содержит 250 страниц печз ного текста, 105 рисунков и 31 таблицу. Обзорная часть диссертации детально изложена в монографиях "Программно-управляемые блоки в стандар КАМАК", "Микро-процессоры и микро-ЭВМ. Применение в приборостроении и научных исследованиях f4,5j, а также в двух циклах лекций для молодых ученых ОИЯИ: "Электронные методы в экспериментальной физике высоких эн гий" и "От современной алгебры - к специализироаанным процессорам" Гб,

II. Краткое содержание диссертации

Во введении обсувдаэтся проблематика работы, ее актуальность и новизна, определены цели и задачи исследования, кратко перечислены основные результаты по главам диссертации.

В первой главе рассмотрены основные сведения из алгебраической теории кодирования. На основе системы аналогий установлена прямая связь, которая существует между алгебраической теорией кодирования и методами обработки сигналов в годоскопических системах, что позволило обосновать и предложить метод синдромного кодирования для сжатия информации и обработки сигналов, регистрируемых в многоканальных детекторах заряженных частиц. Изложен эффективный метод анализа параметров и структуры многоканальных годоскопических систем с помощью кодирующих матриц. Приведена одна из центральных теорем избыточного кодирования, с помощью которой можно создавать кодирующие матрицы с наперед заданными свойствами. Приводятся конкретные примеры применения метода синдромного кодирования для построения параллельных шифраторов, с помощью которых можно эффективно кодировать события с кластерами [7-12].

Оптимальное кодирование информации в годоскопических системах предполагает решение следующих проблем.

Сжатие числа каналов регистрации и представление данных в форме, удобной для выполнения алгебраических, арифметических и логических операций. Это, например, - преобразование унитарного позиционного кода в натуральный двоичный или циклический код.

- Применение метода синдромного кодирования с целью компрессии и преобразования данных при условии ограниченной множественности регистрируемых сигналов.

- Применение избыточного кода для повышения пространственного разрешения годоскопических систем.

- Создание новых кодов и соответственно кодирующих устройств для годос-копов с учетом бурного развития электронных методов физики высоких и сверхвысоких энергий.

Проблема оптимального кодирования возникает также в связи с тем, что сигналы, поступающие от детекторов заряженных частиц, имеют различную природу. Например, кодирование данных, поступающих от сцинтил-ляторов можно выполнить до ФЭУ с помощью гибких световодов. В тоже время сигналы, поступающие от проволочек МПК, как правило, нуадаются в усилении и формировании, и только после этого возможно их надежное кодирование, хотя и здесь возможны исключения. Другими словами, требовался поиск и конструирование таких кодов, с помощью которых можно было бы кодировать слабые электрические и световые сигналы.

В настоящее время основными устройствами кодирования данных в годоскопических системах являются приоритетные шифраторы, поскольку такие

устройства являются универсальными в том смысле, что позволяют кодировать сигналы, поступающие от произвольного числа одновременно сработавших датчиков. Однако, эта универсальность достигается за счет увеличения времени преобразования, что является следствием применения элементов памяти и тактирующих импульсов. Поэтому в тех случаях, когда прежде всего требуется высокое быстродействие, применяются параллельные шифраторы, у которых число выходов £о¿¿п, где п- число каналов регистрации. Однако, при {, у I такое устройство неработоспособно.Даже при -¿,= 2 когда частица проходит под углом к плоскости годоскопа. Поэтому в таких случаях для регистрации событий с двойными кластерами применяется код Грэя, который также как и натуральный двоичный код оптимален. Большой практический интерес представляют такие кодирующие устройства, с помощью которых можно было бы параллельно итерировать -Ь одновременно сработавших позиционно-чувствительных датчиков Ь. У таких шифраторов должно выполняться условие а4 ь (¡од п.

Суть проблемы заключается в том, что в теории кодирования выделяются три раздела: теория алгебраических кодов, теория сверточных кодов и теория кодов, используемых в арифметических устройствах. Хотя эти разделы тесно связаны друг с другом, но в тоже время они характеризуются собственным подходом к проблеме кодирования. Поэтому в процессе исследования возник вопрос: какой из этих разделов является наиболее подходящим для оптимального кодирования данных в годоскопических системах ?

Как показано в диссертации, для этих целей наиболее приемлемой является алгебраическая теория кодирования. И суть дела не только в том, что она базируется на хорошо разработанном математическом аппарате и, в частности, на алгебре конечных полей. Алгебра Галуа, с помощью которой описываются наиболее популярные циклические корректирующие коды, является более общей по сравнению с Булевой алгеброй, что в конечном итоге позволяет рассматривать процесс оптимального кодирования данных и создание логических устройств отбора полезных событий с широкими функциональными возможностями на основе единой теоретической концепции. Кроме того, коды, исправляющие ошибки в арифметических устройствах, эффективны б тех системах, где используются позиционные системы счисления, например, в универсальных ЭВМ.

С цель» применения алгебраической теории кодирования для решения ряда задач электронных методов физики высоких энергий автором диссертации разработана система аналогий между основными понятиями и теоремами алгебраической теории кодирования и алгебраическими методами обработки сигналов в годоскопических системах [8,9 ].В табл.1 приведена такая система аналогий. Рассмотрим комментарии к таблице. i. Избыточное кодирование используется в технике связи и в вычислительной технике для повышения надежности устройств передачи и обработки ин-

ормации. Как показано в диссертации, теория и техника корректирующих одов может быть успешно исполь'зована при создании детекторов и годос-опических систем с целью повышения их пространственного разрешения и азличного рода кодирующих устройств, решающих задачу регистрации мно-ественности и координат событий в оптимально кодированном виде.

Таблица I

лгебраическая теория одирования

Алгебраическая теория обработки сигналов в годоскопических системах

Избыточное кодирование. Избыточное кодирование с целью повы-

шения пространственного разрешения и увеличения функциональных возможностей годоскопов.

Кодовый вектор блокового кода,

состоящий из п символов. Кодовое слово, считываемое от

датчиков в виде унитарного позиционного кода.

Физическое событие, зарегистрированное в многоканальном детекторе. Событие с кластером.

Вектор ошибки й.

3

Пакет ошибок; Корректирующая способность кода, I.

. Число проверочных символов, А/

. Эффективность кода, . Кодирующее устройство. , Проверочная матрица, Нт ). Кодовое расстояние,^. Вес кодового вектора»у/. Вес столбца проверочной матрицы, у/. !. Полностью асимметричный канал.

Количество одновременно сработавших датчиков,

Количество разрядов на выходах кодирующего устройства. Коэффициент сжатия К„. Шифратор.

Кодирующая матрица, Ни,у Кодовое расстояние,^. Вес строки кодирующей матрицы. Коэффициен разветвления сигнала с датчика, Кр

Канал регистрации данных в го-

Итеративное кодирование.

доскопической плоскости.

Кодирование данных в детекторе, состоящем из нескольких годоскопических. плоскостей или применение итеративного кода для сжатия данных.

Блоковый код - это код, в котором используется последовательность из

(г символов. Кодовый вектор блокового кода состоит из К информационных и гм = П-К избыточных контрольных символов. Нулевому вектору соответствует нулевое слово, считываемое от детектора в том случае, когда нет сработавших датчиков (/г - ¿т- /).

3. В процессе передачи данных но каналу к кодовому вектору может добавиться вектор ошибки е. Этому вектору в теории годоскопических систем соответствует физическое событие, в результате которого с датчиков поступают сигналы по каналам регистрации.

4. В теории кодирования существуют специальные коды, исправляющие пакеты ошибок. Поэтому эта теория может быть успешно использована для пос-строения счетчиков и шифраторов кластеров, регистрируемых в годоскопических системах.

5. Параметр {. есть то количество искаженных символов, которые могут исправляться корректирующим кодом. В теории годоскопических систем величина Ь определяет максимальное число сработавших датчиков.

6. Важным параметром избыточного кода является число проверочных символов -синдром". При I число проверочных символов для оптимального кода.

7. Эффективность кода у определяется из соотношения У= В годоскспи ческих системах этому параметру соответствует коэффициент сжатия Кс, равный ь/г/. Это один из важнейших параметров кодирующего устройства, в котором используется синдромное кодирование, так как он характеризует степень сжатия данных или эффективность кодирования.

8. Кодирующее устройство служит для формирования контрольных символов на стороне передатчика. В годоскопических системах аналогом кодирущег устройства служит параллельный шифратор или кодирующее устройство последовательного действия.

9. Принципиальная схема кодирующего устройства задается матрицей проверочных соотношений, состоящей из мстрок ид столбцов. В соответствии с принятой системой аналогий для построения кодирующих устройств с заданными свойствами можно использовать соответствующие проверочные матрицы, применяемые в практике корректирующих кодов. Такие матрицы мы будем называть еще матрицами связей. Каадому позиционно-чувствительному датчику годоскопической плоскости ставится в соответствие один столбец матрицы связей, а количеству строк соответствует число выходов параллельного" шифратора. С целью исключения неопределенностей при определении координат сработавших датчиков, и даже одного из них, все столбцы матрицы связей должны быть различны. Далее, с целью анализа функциональных возможностей параллельного шифратора над столбцами матрицы связей выполняются линейные и нелинейные операции.

10. Зная кодовое расстояние 1 того или иного кода, можно выбрать или самому составить кодирующую матрицу с нужными свойствами. Поскольку йс-

*

годное кодовое слово нами рассматривается как нулевое, то для анализа свойств кодирующей матрицы более удобной, чем понятие кодового расстояния, является одна из центральных теорем избыточного кодирования: линейный (Л,К)-код о проверочной матрицей Н ^о» И-] >^2"" ^п-Л' гд0 - вектор-столбцы размерности (п. -К)*I, I 0,1, ...п-1, имеет минимальное кодовоо расстояние А тогда и только тогда, когда любые с¿- I столбцов матрицыНп ^ лииойио независимы. Следует отметить, что между тараметрами ¿и с(. существует простое, известное соотношение +

1ользуясь дашюй теоремой, можно применить для расчета кодирующих матриц с заданны?,к свойствами ЭВМ.

[I. Вес кодового вектора определяется, как число ненулевых компонент этого вектора. Количество единиц в строках проверочной матрицы характеризует сложность реализации кодирующих устройств, так как число входов зхем, формирующих синдром по строкам, равно числу единиц , содержащих-:я в соответствующей строке.

[Я. Вес столбца проверочной матрицы также имеет отношение к сложности реализации кодирующего устройства. Так, вес столбца матрицы связей определяет коэффициент разветвления Кр сигнала. Чем меньше эта величина !ря прочих равных параметрах, тем проще связи мезду выходами датчиков сигналов и входаг.м логических элементов, формирующих синдром. [3. Полностью асимметричный канал характеризуется тем, что в нем шло от лес то один вид ошибок, т. е. возможно либо преобразование нулей в единицы либо, наоборот, только единиц в нули. В этом смысле каналы регистрации данных в годоскопяческих системах являются чисто асимметрическими. Необходимость введения такой аналогии диктуется тем, что для асимметрических каналов имеется ряд кодов с хорошими параметрами и такие сода легко реализуются.

[4. При итеративном кодировании п датчиков располагаются в виде квадратной матрицы, содержащей К{строк и ^столбцов, и вычисляется синдром

ю строкам и столбцам. В результате число каналов регистрации уменьшаТ У?

этея до величины 2к . Такие коды просто реализуются и поэтому не случайно они получили широкое применение в сцинтилляционных годоскопах цля регистрации одночастичных событий. В двумерном итеративном коде об-г,ев кодовое расстояние с1 = , где и с/2 кодовые расстояния исходных кодов, выбранных для итерации. Важно, что итеративные коды образуют збишрняй класс кодов, поскольку для итерации можно выбрать любые коды с хорошими исходными параметрами. Кроме того, можно применить з-мерное итеративное кодирование для разрешения неопределенностей при регистрации шогочастичных событий.

Были рассмотрены основные аналогии, используя которые можно приме-

№

к к €

е л

г

с

мл

а)

N=1 бо^а

нить для решения рада задач электронных методов физики высоких энергий» Суть метода синдромного кодирования заключается в следующем (рис Л,а) •

Если рассматривать обычную систему связи с применением корректирующего кода , где в процессе передачи к ¿'-разрядному регистру добавляется к-разрядный код синдрома. С помощью этих символов на стороне приемника корректируются в определенных пределах возможные ошибки. Теперь рассмотрим более простую схему передачи, которая имеет место при считывании данных от годоскопической плоскости (рис. 1,6). В отсутствие события считываемое слово равно нулю. Срабатывание определенного количества датчиков рассматривается, как добавление к нулевому слову вектора ошибки е, содержащего 1 символов. Причем, предполагается, что I ?? п. Так, если использовать оптимальный код, исправляющий ь ошибок, то на выходе кодирующего устройства длина считываемого слова сжимается до величины N = ио^п. Напри мер, если годоскопическая плоскость содержит п = 1000 датчиков, то при Ь = 3 Ы= 30. В силу известного из общей теории кодирования положения значение синдрома N получается в виде двоичного натурального кода только при г = I, т. е. при кодировании по Хэммингу. Существенным в методе синдромного кодирования является тот факт, что синдром N несет в себе данные не только о координатах сработавших датчиков, но и об их количестве.

Практическое использование метода синдромного кодирования рассматривается на примере проверочной матрицы кода Хэмминга, исправляющего 1; = ошибку. Для конкретного случая, когда п = 15, к = II и т = 4, имеем

5)

Рис. I. К пояснению метода синдромного кодирования. К - кодирующее устройство, Д - декодер, МД - многоканальный детектор.

I 2 3 4 5 6 7 8 9 10 II 12 13 14 15 Выходы

I 0 I 0 I 0 10 1 0 10 10 1 N1 I

Н15,4= 0 I I 0 0 I I 0 0 110 0 11 N2 *

0 0 0 I I I 10 0 0 0 1111 N3

0 0 0 0 0 0 0 11 111111 N4 •

Входа —► П1 "2 "з п4 п5 п6 па пд п10п11п12п13п14п15

Не вдаваясь в тонкости процесса кодирования и декодирования, которые

__ ВхоЭы

I гЗА 5 6 7 8 9 011121311115(6

М|

М5

И4

М5

Мет/начгт

1 ДЬоич -г ный коЗ

достаточно подробно описаны в учебниках, отметим, что характерной особенностью проверочной матрицы обыкновенного кода Хэмминга является то, что она описывает принципиальную схему параллельного шифратора, широко применяемого для преобразования унитарного кода в двоичный натуральный код при условии, что на его входах имеется один и только один сигнал. Однако, обыкновенный код Хэмминга допускает усовершенствование, направленное на

мт

Чат

Рис.2. Схема параллельного шиф->атора для регистрации двойных мастеров.

Бьо У®0™46®16 кодового расстояния до че~ тырех. Добавление одного проверочного символа, осуществляющего проверку на четность, приводит к модифицированному коду Хэмминга, который способен обнаруживать двойные ошибки и исправлять ошибки в двух соседних позициях. Так, из кодирующей матрицы Н15 4 получается следующая матрица для модифицированного (16,П)-кода Хэмминга:

Н

16,4

0101010101010[01 0011001100110011 оооонпооооин оооооооошпш шиншппн •

[а рис.2, приведена схема параллельного шифратора для регистрации двой-шх кластеров, которая составлена в соответствии с матрицей й16 :арактерной особенностью кодирующих матриц Нд т является то, что позиции единиц в 1-ом векторе-столбце матриц показывают, в каких провероч-¡ых соотношениях участвует 1-й информационный разряд. Далее, позиции даниц в 1-й строке показывают, какие разряды включаются в 1-ю сумму по юдулю два, значение которой приписывается 1-му контрольному разряду. I соответствии с этим правилом и составлена схема, приведенная на рис.2, [ричем, в диссертации показано, что код Хэмминга и код Грэя являются уперпозиционншж кодами и поэтому для формирования проверочных соот-оиений можно вместо сумматоров по модулю два использовать боллее простые элементы ЮТ, например, усилители-смесители в том числе и ФЭУ.

I 2 3 А- 5 6 789 10 II12131415

15,7

Автором показано, что код Грэя имеет тот недостаток, что при сложении по правилам булевой суммы некоторых соседних столбцов кодирующей матрицы получается совпадение кодов. Это приводит к ухудшению пространственного разрешения координат в таких позициях в случае регистрации координат двойных кластеров (рис.3,а). С целью однозначного разрешения координат двойных и тройных кластеров предложена [9,101 кодирующая матрица модифицированного кода Грэя, которая при п = 15 имееет вид '110011001100110 опиооооииоо ооошишоооо г, = ооооооошиш 100100001001000 001000101000010 010000010000100 Таким образом, если выполнить световую кодировку в соответствии с данной матрицей, то с помощью такого годоскопа можно регистрировать координаты двойных и тройных кластеров. Причем, коэффициент сжатия растет с увеличением числа разрядов исходного кода Грэя, в то время как количество дополнительных строк остается неизменным. Так, при т а при т = 6 Кс больших числах п Кс . Поскольку модифицированный код Грэя является также супергозици-онным кодом, то вместо световой кодировки можно применить кодирование с помощью "обычных усилителей смесителей, что и было сделано при построении шифратора, содержащего 63 входа и 9 выходов [12]. Разработанный шифратор использовался для построения профиля пучка заряженных частиц, регистрируемых с помощью многопроволочной пропорциональной камеры.

Код Грэя

Дополнительные строки.

о1)

Рис.3. Схемы кодирования сцинтил-ляционного годоскопа: а) двоичный код, Ь) код Грэя, с,й) модифицированный код с тремя дополнительными разрядами.

4 Кс = 15:7, 63/9 и т. д. При „с стремится к

И.

х^

58- • х • - БЧ

1.9- АЛ Х2.У2 • 56

ад- . А . к ■ 46

33-

25- • зг

п- ■

9-

1 а X

1С. 4. К вопросу об идентифика Ш|"духов" по методу синдром-то кодирования.

Применение метода сшщромпого кодирования позволяет эффектно решить известную проблему распознавания координат так называемых "духов" при регистрации мпожоствэнности сигналов в тех случаях, когда используются двухкоордшатппо детекторы, например, г'одоскопическиз калориметры, как это показано на рис. 4, где 64 _ Если использовать обычную систему регистрации, то даже при множественности 1 = 2 указанные на рисунке события невозможно идентифицировать однозначно. Если для вычисления синдрома по строкам и столбцам выбрать кодирующую матрицу для кода, исправляющего две ошибки, то на выходах соответствующих шифраторов будут получаться различные коды для двух симметричных относительно диагонали событий. Далее, после шифра-ции величины координат записываются ЭВМ. Таким образом, при такой схеме регистрации достаточно в спектро-¡тре использовать двухкоординатныэ детекторы, а в память машины записы-¡ются отфильтрованные и сжатые данные. Многообразие существующих итера-[вных кодов позволяет смоделировать и разработать наиболее оптимальную и данной задачи систему кодирования и компрессии данных. Кроме того, [ачения координат событий, получаемых на выходах параллельных гфраторов могут быть использованы в специализированных процессорах и выработки сигналов, запускающих спектрометр. Более детально вопросы именения итеративных кодов в спектрометрах физики высоких энергий ¡осмотрены в пятой главе диссертации.

Специфика электронных методов физики высоких и свервысоких энергий «водит к необходимости исследования свойств как известных из теории ко-рования кодов и кодирующих схем, так и разработке таких способов коди-вания, при которых можно было бы эффективно использовать свойства тех и иных детекторов заряженных частиц. Суть дела в том, что в технике 'дарования в основном для вычисления проверочных соотношений применяют; сумматоры по модулю два, которые содержат в себе инверторы сигналов, 'этому материалы второй главы диссертации посвящены исследованию мето-в построения суперпозиционных кодов, с помощью которых можно создавать ономичные схемы кодирования как для регистрации одночастичных событий

с кластерами, так и независимых срабатываний t > 1 датчиков с помощью сцинтилляционных годоскопов или блоков быстрой электроники. Иссле дование различных схем кодирования, применяемых в электронных метода: физики высоких энергий показало, что в течение длительного времени,

скорее всего интуитивно, применяются слабо изученные в общей теории кодирования суперпозиционные коды. Как уже отмечалось выше, характерной особенностью таких кодов является то, что для формирования кода синдрома можно использовать усилители-смесители как световых, так и электрических сигналов. Основная проблема заключается в том, чтобы для числа q найти такое число т., чтобы булева сумма д различных кодовых слов отличалась от каждой суммы q или меньшего числа кодовых слов. Кроме того, эти суммы должны отличаться от слагаемых. Важным параметром также является коэффициент разветвления сигнала. Поэтому основное внимание автора бы!ло сосредоточено на конструировании кодов с постоянным весом. С этой целью известные кодирующие схемы С8-Ш были представлены в виде матриц и на простых контрпримерах показана неэффективность применяемых кодов с весами № = 1 и п = 2. Так, кодирующая матрица с у» = I вырождается в единичную матрицу 1П, с помощью которой представляется унитарный позиционный код. Матрица, содержащая столбцы с весом « = 2. широко применяемая для кодировании данных в сцинтилляционных годоскопах при регистрации одночастичных событий, оказалась не плотно упакованной, так как она

Г;

2

H.J

I

МММ IIIIII

Bt"°a" в»й _ содержит 2п1/2

ТГ 15 ю б г 1 столбцов. Нетруд-'1, '', 1, но проверить, что

I I I I 1 1

III" при w = 2 число

столбцов должно

16 ЩI in iii..............^ л 2

I? 11 < in 11 ч быть ¡1 = С jj,

Рис.5. Пример плотно упакованной матрицы с w = 2. где N - число

строк. Одна из

таких матриц при /У^ II приведена на рис.5. Очевидно, что с ростом числа п коэффициент сжатия KQ = Cg /N растет быстрее, чем отношение п/2п . Анализ матрицы типа показал, что если построить соответствующее кодирующее устройство, то можно однозначно регистрировать координаты одночастичных событий с кластерами. Причем, длина регистрируемого кластера b растет и определяется в основном количеством вычеркнутых столбцов Ы в ее" хвосте", что следует из соотношения [13].

»- (I)

2

С целью повышения такого важного параметра, как коэффициент сжатия в процессе регистрации кластеров большой длины, автором диссертации предложен метод блочного кодирования, который может найти применение в калориметрах. Основная идея заключается в том, что группы счетчиков, рас-

положенных в отдельных сегментах калориметра, кодируется с помощью одной и той же матрицы, а сигналы "Быстрое ИЛИ" используются для кодирования тех номеров сегментов, от которых поступают данные. Увеличение коэффициента сжатия при больших величинах Ь происходит за счет того, что на кодирование номера сегмента требуется меньше разрядов, чем для представления числа столбцов в блоке.

Существенной новизной является разработанный автором диссертации метод построения матриц для оптимального кодирования параллельным способом независимых срабатываний датчиков годоскопической плоскости, например, сцинтиллягоров. Этот метод основан на комбинаторном анализе и системы счисления в остаточных классах (СОК) [14-16]. Способ построения такой матрицы рассмотрим на конкретном примере. Рассмотрим следующие основания СОК: Рх = 2, Р2 = 3 и Р3 = 5 и Р1 = 2, р2 = 3, Р3 = 5 и Р4 = 7 с диапазоном чисел Р = 30 и Р = 210 соответственно. Тогда кодирующие матрицы будут содержать 30 и 210 столбцов соответственно. На рис.6 эти матрицы совмещены. Булева сумма всевозможных двух столбцов матрицы

t = 2 и и = 30 с оптимальным числом коэффициента сжатия. Для достижения такой цели вычеркнем в матрице Ндд ^ последние пять столбцов и поменяем местами 11-ю и 12-ю строки. Далее, отбросив 12-ю строку, получим кодирующую матрицу с параметрами: п = 30, Н = II, I = 2 и Кс = 30/11. В об-

^210 17 Разжчна и поэтому возможна однозначная идентификация двух сигналов. Естественно возникает вопрос о построении кодирующей матрицы для

N

( 1 1 5 1 9 11 13 15 Л 19 21 23 25 27 а

1 101010101010101010101010101010

1 01 01 01 01 01 01 01 0( 01 01 01 01 01 01 01

1 10 01 00 1 00 1 00( 0 0100 1 0 010010010 0

А 0 1 00 I О 01 0 О I О 0 1 00 I 0 01 О О 1 О О 1 00 I о

5 ООI001 001 0 0 I 001 0 01 00 1 001 001 О 01

20^ гю

001 оооо

О 0 0 1 ООО

е оо<оооо10ооо1оооо1оооо1оооо1оо

3 0 О 01 0 0 001 ООО 01 ОООО1 О О 001 ООО 01 о 10 000010000100001000010000100001 II I О 00 00 01 ОООО 001 0000001 0000001 о

гс о®5МЯ1 в 001000000100000010000001000000

001 ОООО \Рч*7

000 О I 00 Ы=5 100 0010

01 О 0001 -

1 О О ОООО О I О 0000

П 00000010000 0*001000000100000010

ООО 000 1

Рис.6. Структура кодирующих матриц Н30 и и Нд^ду• щем виде коэффициент сжатия вычисляется из следующего выражения

к,

с

V Р2+ Р3+ + Р'

2

3

п

Между числом-используемых оснований СОК 1 и кодовым расстоянием а = 2Х + I имеется простая связь й = 21 - 2. Во второй главе рассматриваются также экономичные последовательные методы регистрации событий.

В третьей главе диссертации покзано, каким образом, предложенный метод синдромного кодирования, можно применить для создания быстродействующих мажоритарных схем совпадений (МСС). Суть дела в том, что при построении известных МСС не учитывается тот факт, что в заданный момент времени на входы устройства одновременно поступают лишь ограниченное число сигналов X по сравнению с числом каналов регистрации п. Поэтому с ростом числа каналов регистрации очень сильно растет требуемое количество микросхем даже при небольшой кратности совпадений. Применение ППЗУ не решает проблемы даже при п = 20, так как для этого потребовалась бы емкость памяти бит. В свою очередь, метод каскадирования приводит к увеличению задержек сигналов. Исследованный и разработанный автором

экономичный метод построения МСС при относительно небольших числах 1; заключается в том, что анализируются Тг на множественность сигналы, поступаю-¿'•щие после кодирующего устройства и, кроме того, вводится параллельная схема проверки на четность всех входных сигналов, что позволяет расширить диапазон регистрируемой множественности (рис.7). Предлагаемый метод основан на подсчете числа единиц, содержащихся в синдроме. В таблице 2 дан спектр весов, который получается при суммировании столбцов матрицы с| по правилам булевой суммы при N = II [17,18].

Таблица 2.

Распределение суммарных весов в зависимости от 1; при п = 55

Многоканальный Детектор

Схема йля вычисления СинЗрома

. Схема проверки _ на четность

Устройстбо Влй анализа * на множест-Ьенность -Ь

-Чет/нечет

Рис.7. Типичная блок-схема МСС, в которой используется сжатие данных.

г Суммарный вес И/ г Суммарный вес

I 2 2 3,4

3 3,4,5,6 4 4,5,6,7,8

5 4,5,6,7,8,9,10 6 4,5,6,7,8,9,10

7 5,6,7,8,9,10,11 8 5,6,7,8,9,10,11,

9 — 5,6,7,8,9,10,11 10 5,6,7,8,9,10,11

II 6,7,8,9,10,11 12 6,7,8,9,10,11

13 6,7,8,9,10,11 14 6,7,8,9,10,11

15 6,7,8,9,10,11 16 7,8,9,10,11

17 7,8,9,10,11 18 7,8,9,10,11

19 7,8,9,10,11 20 7,8,9,10,11

При фиксированном числе п и ростом 1; суммарный вес стремится к п, что позволяет регистрировать нижнюю границу множественности при регистрации кластеров большой длины. Алгоритм работы МСС заключается в следую-

ем. Как это следует из табл.2, если t=I, то да = 2 и только. В ре-ультате получается простой алгоритм для отбора сигналов типа "один и олько один". Если же вес те = 374 и есть признак "Чет", то I = 2 или 4. алее, если вес 7/ = Зг4у5уь и есть признак "Нечет", чо Ь = 3y-m.vt.v7v 'VI1. Это свойство матрицы С^ можно использовать для выделения границ згистрируемой множественности по максимуму и минимуму. Кроме того, как ало показано во второй главе, с помощью такой матрицы можно построить зтройство для определения координат кластеров. На примере конкретных ззработок показана эффективность применяемого метода [18-211.

Разработанный го-доскоп-шифратор на 64 входа используется в системе диагностики пучков заряженных частиц для регистрации данных, поступающих от пучковых МПК. Причем, каждая плоскость камеры содержит по 64 канала регистра-

Т~"3 S 1 9 11 13 Is П is 21 23 25 27 29 31 •• • SI S3 Si 51 59 SI ВЗ МШПА____MATRIXjî_ MATRIX С ^

Il ¡1(0 00 О I 24 00 0 12400 1 24 0 12 4 5 63 I 240 0 114 5 6 3 00000421 1 0 0 01 2400001 2АЦ11й562ггЗ 11 10000001--- 311 I ООО 004 21 0 00

22 2 2 2 2 31 I 1 1 I 10 0 00 0 00 0 0 00 00 00,2 2_22___0 CJ0 QM210A0 10С

In I Г TT 1 fill ТТТТ M I V

12=

£3 =

3640001364001364013641365773364 001364000136 44 4576223311 I 0 0 0 0 0 I 2 2 2 2 2 3 3 1 11 I I 1 0 0000000000 0022222

mil

7 6 4 0 Ol 5 7 S 4 0 1 57 641 3755 317 7773 664 Ol 3764001376445776233311 1001 113 2222333111 111000000000000022222

11111

176401377641377653777777777776 V, M77 6H0M16S4S77763J3Î(1 10011 23 2 3 3331 31 II 10000000000002222

13 6 577 3 00 00^63 3 1 I 1 ООО 04 6 3 I 00 00000003I 0000 0

I II 1 1 I M I I 1 I 1 ll

3 7 777730004671 3111000467310 0000023 31 oooo 1 I 11 I I I 11 I I I 11

77777730046 71 311100467731

0 00 02 S 33 I C0 0

1 I I H 1 M 1 I 111

vents chamber euemts jistribution

1058. 841.

625.

191. 915. 7585«. 325. 108.

'Lu

Кодирующая матрица годоскопа-шифратора.

ции. Поэтому для построения годоскопа-шифратора была составлена кодирующая матрица, состоящая из двух комбинаторных матриц Сд ( рис.8) и единичной матрицы Ig, что в сумме составляет 64 столбца. Вообще говоря, при 64 можно было бы использовать матрицу с|2 = 66. Однако, в этом случае пришлось бы использовать более дорогое ППЗУ. На рисунке дано компактное представление кодирующей матрицы, где столбцы записаны в виде восьмеричных чисел. Символами 22, и 24 обозначены результаты суммирования по правилам булевой суммы двух, трех и четырех соседних столбцов кодирующей матрицы. Для кодирования координат и величин кластеров используются ППЗУ на 8 и 9 входов для переменных. На рис.9 приведен зарегистрированный профиль пучка ядер лития [19].

XXX

хххх

ххххх

хххх V

хчхх* ХХХХХХХ ххххххх ХХХХХХХ ххххххх ххххххххх ххххххххх ххххххххх ххххххххх ххуххххкххх ХххххххххXXX

XXXXXXXXXXXXX

ххххххххххххххх

chamber wires

16 24 32 euents statistics

ZERO 299.

GOOD 12s7k.

clast 3562.

many gqod+clasix total 34s5. 61 .18 20000.

Рис.9. Зарегистрированный профиль пучка ядер лития.

Эффективность другого прибора [18] , выполненного по методу синдромного кодирован была проворена в сеансах на спектрометре "АЛЬФА" [20]. Высокое быстродействие, требуемое для триггера первого уровня было достигнуто не только за счет применения быстродействующих микросхем, но и прежде всего за счет того, что для анализа 8-разрядного кода синдрома, формируемого с помощью элементов ИЛИ, достаточно испоьзо-вать ППЗУ емкостью 256x4 бит. Рассмотрены также возможности расширения, кратности совпадений до четырех путем применения дополнительных логических признаков. Причем, коэффициент скатя можно существенно увеличить за счет исключения возможности регистрации координат одночастичных событий , если кодирование выполнять с помощью определенного количества одинаковых подматриц [21].

В четвертой главо диссертации дана систематизация и приведены основные понятия теории поля Галуа СР(2т), используемые в алгебраической теории кодирования. Исследованы и предложены быстрые алгоритмы для выполнения процедур над сложными алгебраическими выражениями. Суть дела в том, что развитый математический аппарат алгебраической теории в основном описывал последовательные методы кодирования, в то время как решение проблем быстрого определения множественности и координат событий в спектрометрах физики высоких энергий требовало развития и совершенствования эффективных методов аппаратной реализации основных алгебраических операций над элементами поля Галуа. Исходя из того , что алгебра Гэдуа носит модулярный характер, основные алгоритмы выполнения алгебраических операций и методы их аппаратной реализации рассмотрены па конкретных примерах (при фиксированных тлелах га). Прежде всего отмечается, что произвольный элемент поля СР(2га) можно представить тремя способами: в видо мюгочлена и - I степени, в вще вектора , ш-разрядным словом циклического кода и в виде минтерма. Поскольку поле коночное, то и результаты всех операций принимают конечную форму. Практически это значит, при вычислениях сколь угодно сложных выражений в поло Галуа в результате получатся один из элементов этого же поля. Исходя из этого факта автором сформулирован важнй с практической точки зрения принцип выполнения совмещенных операций в поле Галуа, согласно которому при векторном способе выполнения операций над элементами поля с помощью ППЗУ, число входов последнего определяется не сложностью реализуемого алгебраического выражения, а количеством входящих в него различных элементов поля [22 -24]. •

Существенны;« с практичекой точки зрения является известный факт, что такие операции как умножение, деление, возведение в степень и извлечение квадратного корня носят линейный характер. Поэтому для получения высокого быстродействия при выполнении таких операций можно исполь-

зовать логические элементы И и сумматоры по модулю два. Например, для

умножения двух элементов в поле 'gfc?4) А = Апа°+ Ата1+ A~a2+ А-,а3и В =

л Т 9 Ч и й п Ч

3Qa + Bj-aH В2а + В3а , где AQ- АдИ BQ- Вд - суть 0 или I, а - а -

Зазис поля достаточно реализовать следующие булевы выражения

р0 = AQBQ 4 Aj Во + А2В2 +■ AgBj- < а0 >

PI = A0BI + AIB0 + AIB3 + А2В2 + А3В1+ А2В3 + А3В2 <aJ >

Pg = AgBg + AJBJ + AjBQ + AgBg <ЭГ > (T,Od2 . (2)

P3 = A0B3 4- AjB2 + А2Вг + АзВ0 + AgB3 <a3 >

поскольку логический элемент К500ШЮ2 имеет задержку 2 не, а схема

троверки на четность К500ИЕ160 выполняет суммирование по модулю два за

э не, то для вычисления выражений (2) достаточно 8 не.

Аналогично можно получить выражения для одновременного умножения трех,

гетарех и т. д. элементов поля, содержащие кратности совпадений

Золее высокого порядка. Причем, быстродействие остается таким же, как и

з случае умножения только двух элементов поля. Положив А = В, подучим

Зулевы выражения для возведения элемента А в квадрат^ Pq = Aq + А2. Pj =

l2, P2 =Aj + Ag, Pg = Ag. Таким же способом получаются выражения для

юзведения в более высокие степени причем, в случае больших чисел m

южно применить аналитические вычисления на ЭВМ [25-27]. На примере поля

1ри ш = 6 показано, что операция извлечения квадратного корня из эле-

юнта поля также реализуется просто, как и операция умножения.

Также как и в обычной алгебре, в алгебре Галуа в ряде случаев можно

эффективно использовать операции над логарифмами элементов поля. Одна-

со, в известных методах одновременно выполняется операция над логарифмами

рзух элементов поля, что приводит к существенному увеличению времени,

;огда требуется умножить несколько элементов. Автором диссертации пред-

южен алгоритм и соответствующее устройство, с помощью которого можно

даовременно выполнять операцию циклического сложения степеней 2m - I

[ более элементов поля 1281, что позволяет существенно увеличить быс-

■родействие реализации сложных формул за счет применения параллельных

:четчиков. Составлены диаграммы для расчета циклических компрессоров.

Большое внимание в четвертой главе диссертации уделяется решению роблемы универсального динамически программируемого модуля (УДПЛМ). лгические схемы и приборы современной ядерной электроники базируют-я на методах булевой алгебры. Однако, широко известные метода синтеза улевых функций большого числа переменных (т > 4) имеют ряд ограничений ормального характера. Как следствие этого трудно полностью формализо-ать процесс создания минимизированных уравнений нужной логической схе-ы. Поскольку теория поля Гадуа является естественным продолжением улева поля на случай многих переменных, то по мнению автора диссертации, ти трудности можно преодолеть, если более детально с помощью ЭВМ ис-пвдовать известное из теории представление переключательной функции ш

переменных в виде полинома, в котором как переменные, так и их коэффициенты являются элементами поля Галуа СР(2т) [29-311.

Р(Х(рС1Хг....ХП1_1) = В (О) + АИ) + А(2)Х + ....+ А(2т ч-Ш®'1.

Причем, коэффициенты А (к) вычисляются из выражения [23-30].

пШ-1

А(к) =2 а^[В(0) + В(а^)]~ элементы подстановки, которые получаются

из таблицы соответствия входов и выходов, В(О) - значение функции на нуле и к = I, 2, 3, ----2й"1.

С помощью ЭВМ были проведены ряд расчетов конкретных устройств и показана перспективность развития такого направления в решении проблемы динамического перепрограммирования быстродействующих логических устройств [30]. Такое перепрограммирование выполняется путем изменения значений коэффициентов настройки А(к), которые легко вычислялся и могут храниться в памяти микропроцессора. Дается описание одного из УДПЛМ, разработанного автором диссертации [29,311,

В материалах пятой главы диссертации изложены как теоретические,

так и практические аспекты применения алгебраической теории кодирования для построения принципиально новых эффективных схем дискретной логики, таких как параллельные шкфраторыдля одновременного кодирования X сигналов, МСС, параллельные счетчики и быстродействующие координатные процессоры. Принципиальные схемы параллельных шифраторов создаются на основе проверочных матриц двоичного БЧХ-кода, которая в общем виде имеет вид [32,

Датчики

а а5 а<0 а0

юоо огао оою

ООО!

ноо оно

ООН

но)

<010

0101

то

0)))

НИ

10)1

100! )

0001 1 010 М 1 1

юса 0001 оон

0101 ни

1000

ООО!

00И

0101

1111

1000

0001

0011

0101

1.И

0101 0101 ооц

1000 оно 1 110 1000 0)10 1110 1000 оно )))0 1000 оно 1110 юоо 0110

I 1^10

1000

II 10

33].

нт=

$1= 0 1 005з=0011 $5--11 ю

Рис. 10. Кодирующая матрица для п = 15, 1; = 3 и т = 4. Знаком * обозначены сработавшие датчики.

I I

т

а н

а8 а'

а11- -I

. I

.а2«

вгт-1)

.а

(п-1)(2г-1)

При фиксированных числах т и г и п = 2Ш - I можно получить кодирующую мат рицу, где элементы поля а1 заменены

их двоичными эквивалентами (Рис. 10). С помощью таких матриц вычисляются двоичные симметрические функции которые в сжатом виде несу

данные как о множестве сигналов %, одновременно поступающих на входы кодирующего устройства (шифратора), так и об их координатах 133 - 38]. Приводится описание схемы и способа построения параллельного шифратора с параметрами: п = 63, Ь = 3 и число выходов И =18 [351. В общем виде коэффициент сжатия Кс = <2т - 1)Л,-,+.. Характерной особенностью параллельных шифраторов с алгебраической структурой является то, что их принципиальные схемы строятся с помощью простых аналитических соотношений, вытекающих из структуры кодирующих матриц, которые в свою очередь при заданных числах п, пи I строго определены и для их расчета при больших числах п можно использовать ЭВМ [45]. Рассмотрены вопросы минимизации количества сумматоров по модулю два, необходимых для построения шифраторов.

Алгоритм работы МСС основан на известной из теории кодирования теоремы У.Питерсона: матрица Ь^. размерности txt невырождена

г ~ 31 % 55 1 я2 ч4 0 33 0 1 Б2 1 ...0 ...0 ...0

Рис.11. Блок-схема для вычисления йей^ -в поле брчг™).

если степенные симметрические функции зависят от t или t + 1 элементов поля и вырождена, если зависят от меньшего, чем 1-1 числа различных элементов шля. Таким образом, для определения величины I необходимо вычислять значение определителя Ц. На рис.10 в качестве примера блок-схема для вычисления определителей I 4 порядков. С целью существенного увеличения быстродействия каздое из значений определителя вычисляется независимо и с помомощыо обычных логических элементов анализируется на "О" или "Г* [34]. Причем, схема на рис.11 составлена таким образом, чтобы для вычисления отдельных компонент определителей можно было бы использовать ППЗУ, содержащее 2т входов для переменных, так как в этом случае обеспечивается умножение двух элементов с помощью одного модуля. Для получения еще более высокого быстродействия можно вместо ППЗУ использовать обычные интегральные микросхемы. Нетрудно заметить, что наряду с получением неравенств ипа г > с помощью предложенного метода можно, что весьма важно, формировать строгие равенства регистрируемых величин 1;.

В данной главе приводится также методика построения МСС с алгебраической структурой и описание принципиальных схем специализированного Гфоцессора, построенного в соответствии с матрицей, изображенной на рис.10 [403.

Важным свойством синдрома двоичного БЧХ-кода является также и то, что одновременно с определением величины X можно но значениям 3^ вычислять также и координаты Х^ сработавших датчиков, исходя из соотношения, известного из теории декодирования БЧХ-кодов (У. Питерсон)

Э-, =2 Х^ , 1 = I, ::■, ----1 - 1 - (3)

1=1

Например, при 1 = 3, имеем

Хд. Бд = Х^ + х|+ Хд

V Х1

+■ х2 +

35- х^ч- з^5* х|, тос12.

Уравнения (3) нелинейны и поэтому нахождение корней Х^ методами табличной арифметики в настоящее время неизвестны. При I <с 5 возможны табличные методы решения, которые были адаптированы автором диссертации для построения блок- схем координатных уравнений на основе ППЗУ. При этом время вычисления координат составляет десятки (г - 2) и сотни наносекунд при 2 ч. 1; 5 [39 - 411. Учитывая важность решения задачи эффективной регистрации координат событий при большой множественности X, в пятой главе диссертации изложены результаты исследований последовательных методов решения координатного уравнения, которые применяются в теории и технике корректирующее кодов с алгебраической структурой [413. Причем, если число I < 5, то моано применить табличный метод решения. Если же I • 5, то задача решается последовательным способом путем подстановки всех значений а1 и анализа координатного уравнения на "О". Используя быстродействующие микросхемы, йо-шо при п = 1000. получить значение всех координат за несколько десятков микросекунд.

Таким образом, используя методы алгебраической теории кодирования можно эффективно оргашзовать конвейер-счс51 ный принцип обработки сигналов по ^ схеме: сжатие к преобразование уни-| тарного позиционного кода в циклический код - регистрация множественности - комбинаторный отбор событий-вычисление координат - восстановле-ление треков частиц. Причем, некоторые процедура могут выполняться и параллельно. На рис. 12 приведена структурная схема МОС [403.

Свойства заряженных частиц и большинство используемых детекторов таковы, что в течение времени регистрацш

Сдро51 3,

кш | ¿1 [

п

«узг

-1 1—

или и г [аЗ?

и»!

{¡¡р-

1

л

II

1» Ш1

Рис.12. Структурная схема устройства отбора по множественности сигналов с алгебраической структурой.

и

событий в одной годоскопической плоскости могут сработать как отдельные датчики, так и группа соседних позиционно-чувствительных детекторов. Кроне того, появилась необходимость регистрировать не только координаты кластеров, но и их "образы". Регистрация такого типа событий с помощью рассмотренных выше' методов становится неэффективной. Исследования авто-за показали, что для таких целей можно использовать теорию так называемых недвоичных БЧХ-кодов или кодов Рида-Соломона (РС-кодов) С42]. Естественно, что для получения такого качества необходимо затратить дополнительные микросхемы, что следует из кодирующей матрицы в которой содержится 2Х колонок и, кроме того, для вычисления синдрома РС-кода требуются дополнительно схемы умножения двух элементов в поле Галуа СР(2т). Так, при г = 2 имеют место следующие соотношения

з1 = х1¥1+ ч{2и Бз = х1у1+

+ э2 =53' и ^2 + = ^4* /ТЫ2,

где У! и У2 - "образы" двух кластеров длиной ш . В первую очередь по обычным правилам находятся координаты Х1 и Х2 из уравнения X2 + + 6*2 = О и затем вычисляются значения У1 ~ / (" 5/^ .

Следует отметить, что наряду с параллельными методами регистрации данных в спектрометрах физики высоких энергий находят применение и последовательные способы регистрации и обработки данных, которые отличаются высокой экономичностью и простотой электроннойаппаратуры. Используя метод синдромного кодирования,можно создавать качественно и количественно новые устройства для регистрации кластеров и независимых событий, а таже устройства для кодирования нескольких интервалов времени без остановки процесса кодирования £143.

В заключение пятой главы диссертации рассматриваются результаты исследования автором применения итеративного кодирования в годоскопическ-ких системах. Показано, что с целью уменьшения числа каналов регистрации, скорее всего интуитивно, использовался простейший двумерный код, известный в теории кодирования как итеративный код [433. Общая структу-ура такого кода приведена на рис.13. В соответствии

пг сто/5цоЬ___с методом синдромного кодирования совокупность

проверок по строкам и столбцам образует синдром. Важно, что кодовое расстояние =-мерного итеративного кода равно произведению кодовых

расстояний исходных кодов 8

Я: Информационный разряды Кг 1» х Ш £

Контрольные разряды стол&цоб

й = п й0.

Рис.13. Структура дву- в~1

мерного итеративного в свою очередь, коэффициент сжатия з-мерного кода. итеративного кода равен

Б

Кс =-__

П11с1+ ......ПВ-1кВ-1 * пзкз-

Чаще всего принимается, что п^ = гь,. В конце даной главы описываются

несколько конструкций итеративных кодов, разработанных автором для годо-скопических систем. Учитывая многообразие возможных итеративных кодов, [3,43,441 в диссертации рекомендуется в начале выполнить моделирование конкретной физической задачи с учетом таких параметров, как п и г и затем сконструировать необходимый оптимальный итеративный код. Приводится также сравнение эффективности БЧХ-кодов и итеративных кодов в зависимости от топологий событий . Одним из недостатков итеративного кодирования является отсутствие строгих математических методов декодирования. Однако, при относительно небольших величинах пи! можно использовать для этих целей ППЗУ или программируемые матрицы. Именно по этому пути пошли разработчики трекового процессора для эксперимента НА28 в ЦЕРНе, где была использована созданная при участии автора схема кодирования типа Хэмминг-ШМ [31.

Комплексный подход к исследованию проблем регистрации множественности и координат событий свидетельствуют результаты исследований автора, изложенные в шестой главе диссертации. Еще в 1965 г. т. е на три года раньше, чем в зарубежных физических центрах автором был разработан и внедрен приоритетный шифратор параллельно-последовательного типа, аналоги которого в интегральном исполнении получили широкое применение в системах автоматизации физических экспериментов на линии с ЭВМ [46-48] как с применением тактовых импульсов так и с асинхронным уцравлением, отличающийся высоким быстродействием и экономичностью.

Многие направления в электронных методах физики высоких энергий развиваются под влиянием достижений математической логики и вычислительной техники. В связи с широким развитием таких детекторов, как годоскопичес-кие калориметры, стриповые детекторы и проч. появилась необходимость в получении с высоким быстродействием суммы большого количества чисел, поступающих от АШ. Как показали исследования автора диссертации, хороший результат можно получить, если применить метод параллельной компрессии данных, применяемый в быстрых схемах умножения [49]- В свою очередь, компрессоры данных в основном состоят из параллельных (п,к)-счетчиков, которые нашли самостоятельное применение в качестве устройств отбора сигналов в годоскопических системах с большой регистрируемой множественностью [501, а также при построении специализированного процессора для отбора событий по разности числа частиц, прошедших через годоскопи-ческую плоскость [511. Суть метода параллельной компрессии поясняется с помощью рис. 14, где показан пример одновременного суммирования семи 7-разрядных чисел. Высокое быстродействие при таком методе достигается за

счет того, что с помощью (п.,к)-счетчиков одновременно подсчитывается количество единиц одинакового веса в исходных слагаемых.

»110 < 0 1 0 1 С 0 1 * 1 0 0 0 0 1(1 0 110 0 10 1

+ 0 I 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0

о с г 10(1 5 5 0

1 1 1 0 » > » 1

I ( 1 0-%

.... 1

Рис.14. К пояснению метода параллельной компрессии.

Рис.15. Диаграммы для расчета параллельных компрессоров.

В зависимости от числа слагаемых количество этапов компрессии а таже число входов п параллельных счетчиков может быть различным, что следует из диаграмм, приведенных на рис.15. В итоге на последнем этапе компрессии для суммирования двух слагаемых применяются обыкновенные сумматоры. Расчеты, приведенные в шестой главе диссертации показывают, что, используя микросхемы 500-й серии можно просуммировать 127 7-разрядных чисел за 90 не. Приводятся примеры применения параллельных счетчиков.

В приложениях к диссертации описаны основные разработки приборов и систем, выполненных в стандарте КАМАК. Впервые в странах-участницах ОИЯЙ автором диссертации были разработаны наиболее важные и сложные приборы -контроллеры для малых ЭВМ 152/ с учетом новейших достижений электроники С53-551. Эти приборы нашли применение в физических установках £563 и в системе автоматизации положением пучка медленного вывода. Впервые в нашей стране разработан комплекс аппаратуры для последовательной системы КАМАК (58-61), которая отличается высокой надежностью и мобильностью в системах регистрации и автоматизации данных, расположенных на больших площадях, таких как ускорительные комплексы [62-641.

В приложениях П1 - П5 рассматриваются структурные схемы контроллеров различного типа и их назначения, драйвер последовательной ветви и набор вспомогательных приборов, необходимых для успешного внедрения комплекса разработок в системы автоматизации ускорительного

комплекса [623 и в спектрометры физики высоких энергий (63). С помощью разработанной автором диссертации аппаратуры получены важные физические результаты 157,65].

III. Основные результаты и вывода.

1. В диссертации проведено широкое и комплексное исследование проблем аппаратной фильтрации полезных событий в процессе регистрации множественности и координат сигналов, и автоматизации сбора и обработки данных, регистрируемых в спектрометрах физики высоких энергий и на выве денных пучках заряженных частиц ускорительного комплекса синхрофазотрона ОИЯЙ. В условиях бурного развития физики высоких и сверхвысоких энергий, неуклонного роста числа каналов регистрации и усложнения критериев отбора редких событий и процессов стало очевидным, что необходим нетрадиционный подход к решению столь сложной задачи. Как показали исследования автора диссертации, эффективное решение проблемы возкошо на стыке таких направлений, как алгебраические методы обработки сигналов, методики электронных методов физики высоких энергий и ядерной электроники. Результатом исследований в теоретическом аспекте явилось объединение в одну дисциплину алгебраической теории кодирования и алгебраических методов обработки сигналов для решения задач фильтрации и обработки данных в спектрометрах физики высоких энергий, что можно квалифицировать, как новое направление в методике электронных методов физики высоких энергий.

2. Разработанный и адаптированный математический аппарат алгебраической теории кодирования и быстрые алгоритмы дали возможность впервые в мировой практике решить проблему регистрации множественности сигналов и определение координат позиционно-чувствительных датчиков, от которых они поступили, параллельным способом без элементов памяти и в оптимально кодированном виде. Как,вследствие этого были открыты и исследованы ряд принципиально новых устройств дискретной логики, таких как параллельные шифраторы с широкими функциональными возможностями, счетчики кластеров, мажоритарные схемы совпадений с возможностью парал-леьного счета, и координатные процессоры с алгебраической структурой. Применение алгебраической теории обработки сигналов в годоскопических системах позволяет оптимизировать аппаратные затраты при создании быстродействующих устройств отбора полезных событий с учетом таких параметров, как число каналов регистрации, верхняя граница регистрируемой множественности и время задержки сигналов. Особенно эффективно решается проблема разрешения неопределенностей в процессе определения координат множественных событий с помощью только одной двумерной годоско-

тичеекой плоскости, что позволяет существенно упрощать спектрометр в це-

3. Выполнено комплексное исследование и конструирование эффективных ' суперпозиционных кодов, с помощью которых разработано ряд кодирующих

устройств со световой кодировкой.

4. В процессе исследования основных задач была решена проблема строгого расчета и автоматизации проектирования устройств с алгебраической структурой на базе аналитических выкладок и расчетов на

ЭВМ. Подучены результаты, имеющие самостоятельное значение. Показано, что при большом числе пермвнных болев эффективным по сравнению с математическим аппаратом булевой алгебры является метод синтеза переключательной функции с помощью алгебры Галуа <!?<2т). Использование такого аппарата позволяет в перспективе создать гибкую систему универсальных динамически программируемых модулей для решения такой важной проблемы в методике электронных экспериментов, как бесконтактное перепрограммирование быстродействующих систем отбора событий на выполнение различных задач в процессе эксперимента с помощью микро-ЭВМ.

5. Метод сиидромного кодирования и разработанные автором диссертации быстрые алгоритмы для выполнения операций в поле Гэлуа могут найти применение в таком важном направлении в современном приборостроении, как синдромное тестирование (сигнатурный анализ) сложных систем, содержащих микропроцессоры и большие интегральные микросхемы.

6. Теоретически обоснованный метод сшедюмного кодирования является мощным инструментом дая разработчиков быстродействующих систем отбора и обработки событий в спектрометрах физики высоких энергий. Этот метод используется как в нашей стране, так и в такой известной организации, как ЦЕРН. Поскольку он базируется на математическом аппарате, то основные идеи метода могут бить использована также и в других многодатчшговых системах регистрации.

7. Результатом комплексного подхода к исследованию проблемы эффективного считывания и обработки данных, регистрируемых в многоканальных детекторах заряженных частиц, явилась разработка методов и устройств приоритетного кодирования, получивших широкое применение в системах автоматизации физических экспериментов и опередившших аналогичные разработки за рубежом.

8. Дано изящное решение проблемы суммирования цифровых сигналов, регистрируемых в годоскошчэских калориметрах с помощью АЦП, на основе метода параллельной компрессии данных. Показано, какими широкими функциональными возможностями обладают параллельные счетчики, используемые как самостоятельные приборы, так и дая построения параллельных компрессоров данных и для создания специализированных процессоров.

9. Разработан комплекс аппаратуры в стандарте КАМАК для автоматизации физических экспериментов на линии с ЭВМ. Ряд приборов, таких как контроллеры доя малых ЭВМ, были разработаны и внедрены впервые не только в нашей стране, но и среди стран-участниц ОЮТ. Внесен творческий вклад в развитие программно-управляемых блоков и систем в стандарте КАМАК. С помощью разработанной и внедренной последовательной системы КАМАК эффективно решена проблема регистрации и автоматизации физических экспериментов и системы наладки и индикации пучков ускорительного комплекса .

Таким образом, принципиальным отличием исследованного и предложенного метода синдромного кодирования заключается в следующем. В известных методах аппаратной фильтрации полезных событий использовались в основном алгоритмы, основанные на позиционной системе счисления и тактируемые устройства с элементами памяти, В предлагаемом методе используется алгебра конечных- полей, где операция над элементами поля выполняется с помощью комбинационных схем гораздо проще и быстрее. Причем, данные, регистрируемые в годоскотгаческой плоскости, предварительно сжимаются в отношении п/ tlog0n, где п - число каналов регистрации at- наибольшая величина множественности регистрируемых сигналов в одной годоскопической плоскости, что позволяет более эффективно использовать методы табличной арифметики для решения поставленных задач. В отличие от метода хеширования, применяемого для аналогичных целей в ЦЕРНе, в предлагав методе имеется однозначное соответствие между адресами программируемой памяти и таблицами соответствия этим адресам [65J.

Результаты диссертации отражены в следу ищи основных публикациях:

1. Никитнк Н.М. Фильтрация цифровой информации на линии с электронной вычислительной машиной в физике высоких энергий. ПТЭ, 1983, No.2.

2. Nikltyuk N.M., Radñatov R.S., Shaíranov M.D. A new method of Information registration from multlwlre proportional chambers. Nucl. Irstr. and Keth., 1ЭТ8, vol. 155, No. 3.

3. Никитюк Н.М., Радаабов P.C., Шафрзнов М.Д. Устройство для считывания информации с координатной камеры. Авт. свид. СССР No. 602894, Бш. Ой, 1978, Ко. 14, с. 171.

4. Никитт Н.М. Программно-управляемые блоки в стандарте КАМАК. "Энергия", М., 1977.

5. Никитюк Н.М. Микропроцессоры и микро-ЭВМ. Применение в приборостроении и в научных исследованиях." Энергоиздат", М., 1981.

6. Никитюк Н.М. Электронные методы экспериментальной физики высоких энергий. Лекции для молодых ученых ОИЯИ, PI-87-909, Дубна, 1987.

7. Никитюк Н.М. От современной алгебры - к специализированным процессорам. Лекции для молодых ученых Offiffi, PIQ-87-40I, Дубна, 1987.

Nikityuk N.M. The method of 3yndrome coding and lt3 application for data сотргезз1оп and processing in high energy phy3ics experiments. JINR, E-10-88-29, Bubna, 1988. Доложен на первой объединенной конференции по символьной алгебре и применению корректирующих кодов ISSАС-88 и ААЕСС-6, Рим, 1988.

Никитюк Н.М. Вопроси оптимального кодирования данных в годоскопичес-ких системах. ПТЭ, 1983, No. 3.

I. Никитин Н.М. Сцштилляционный годоскоп. Авт. сввд. СССР, No. 991 835, Бш. ОИ, 1985, Мо. 5, с. 209.

. Никитюк Н.М. Сцинтилляциониый годоскоп. Авт. свид. СССР No. 1088506, Бш. Ой, 1985, Ко. 47, с. 374.

. Комолов Л.Н., Никитин Н.М., Номоконова A.M., Светов А.Л. Применение

параллельного шифратора в модифицированном коде Грэя для регистрации кластеров. ПТЭ, 1987, No. 6.

. Никитюк Н.М. Устройство для регистрации центра кластера. Авт. свид. СССР No. 1260883, Бш. ОИ, 1986, No. 36, с. 194.

. Никитюк Н.М. Метод синдромяого кодирования для последовательных систем обработки данных в спектрометрах физики высоких энергий. Сообщение ОШИ, PI0-88-742.

. Никитюк Н.М. Устройство для регистрации информации с координатной камеры. Авт. свид. СССР Но. 1333847, Вш. ОИ, 1986, No. 34, с. 187.

.Александров И.И., Никитюк Н.М., Романов С.И. Устройство для регистрации информации с координатной камеры. Авт. свид. СССР No. 1260888, Вш. ОИ, 1986, No. 36, с. 194.

. Никитюк Н.М. Устройство для обработки данных при регистрации множественности заряженных частиц. Авт. свид. СССР No. II8I426, Вюл. Ой, 1986, No. 33. с. 278.

. Никитах Н.М., Сздйков A.B. Способ и устройство для регистрации множественности сигналов в годоскошпеских системах с применением метода синдромного кодирования. ПТЭ, 19.87, No.6, с.55-61.

. Нжсатвк Н.М., Рукояткян H.A., Све70в А.Л. Пзрвлдзльный гедоскоп-имф--ратор на 64 входа для регистрации одноч.чстичянх событий с кластерами. Препринт ОШЙ, No. PI0-89-I7, 7 с.

. Бауман Л., Никитюк Н.М., Пискунов Н.М., Шаров В.й. Многоканальный блок с управляемыми задержками дня регистрации сигналов от сцинтая-ляционаого годоскопа. Сообщение ОКЯИ, No. FI0-88-353, Дубна, 1988.

. Никитюк Н.М. Метод регистрации множественности в годоскошиеских системах с большим числом каналов регистрации. ПТЭ, Ш.З, с.59-65.

. Никитюк Н.М. Устройство для выполнения операций возведения в степень, деления и умножения двух элементов в поле Галуа G?(2m). Авт. свид. СССР No. 1236458, Бш. ОИ, 1986, No. 21, с. 199.

23. Никитах H. M. Устройство для умножения и возведения в степень двух элементов.в поле Галуа G?(2m). Авт. свид СССР Но. 1236457, Вюя. ОИ 1986, No. 21, с. 199.

24. Никитюк Н.М. Совмещенные операции в поле Галуа GP(2m). ОИЯЙ, Ко. 11-87-54, Дубна, 1987.

25. Nlkltyuk N.K. Some questions of using coding theory and analltlcal calculation methods on computers. JINR, E11-8T-1Q, Dubna, 1'Ж.

26. Galdamaka R.I., Nlkltyuk N.M. Application of analltlcal transformation and calculation on computer for synthesis of problem of devising logic modules. JINK, El0-88-53, Dubna, 1988. Доложен на пер вой объединенной международной конференция ISSAC-88 и ААЕСС ; применению символьной алгебры и корректирующих кодов, Рим, 1988.

27. Гайдамака Р.И., Никитюк Н.М. Расчет спецпроцессора, оперирующего

над элементами шля Галуа GF(2®) с помощью программы, написанной на языке SCHOONCHIP. Доклад на мевдународном совещании по системш методам аналитических вычислений на ЭВМ и применению в теоретической физике. ОИЯЙ, N0. PI0-I272, Дубна, 1979.

28. Никитюк Н.М. Быстрые алгоритмы для одновременного выполнения опер; ции умножения над элементами в поле Галуа GF(2m). ОИЯЙ, № PI0-88-852, Дубна, 1988.

29. Никитюк Н.М. Новый способ построения универсального логического Mi дуля. ОШЙ, No. PI1-85-365.

30. Александров И.H., Гайдамака Р.И., Никитюк Н.М., Шириков В.П. Расч( перключательных функций, представленных элементами поля Га, GF(2ffi). ОИЯЙ, 1984, No. PI0-84-465, Дубна, 1984.

31. Никитюк Н.М. Устройство для реализации перключательных функций в : ле Галуа 0?(2т). Авт. свзд. СССР N0. I23486I, Бвд. ОИ, 1986, No. ; с. 229.

32. Никитюк Н.М. 1»этод синдромного кодирования и его применанке для быстрого отбора событий на основе спецпроцессоров, оперирующих в поле Галуа G?(2ffl). ОЙЯИ, No. PII-8Q-484.

33. Никитюк Н.М. Процессор для определения координат частиц в координ ной пропорциональной камере. Авт. свид. СССР No. 875408. Бжш. 0И. 1981, No. 39, с. 259.

34. Никитах Н.М. Устройство для отбора t ядарных частиц. Авт. свзд. No. 1075829, Бш. OK, 1989, Ко.28, с. 207.

35. Никитюк Н.М., Раджабов P.C., Шафранов М.Д. Параллельный шифратор для многопроволочных пропорциональных камер. ПТЭ, 1978, No. 4.

36. Гайдамака Р.И., Калинников В.А., Никитж Н.М., Шириков В.П. Новый способ построения мажоритарных схем совпадений. ОЙЯИ, PI3-82-628, Дубна, 1982.

¡7. Nlkltyuk N.M. Algebraic coding theory. Electronic Newsletters, »0.

11, CERN, Geneva, 1982. ¡8. Никита« H.M., Раджабов P.C., Шафранов М.Д. Устройство для считывания данных с координатных камер. Авт. свид. СССР No. 705480, Бил. ОИ, 1979, No. 47, с. 224. !9. Никитюк U.M. Быстрые алгоритмы для координатных процессоров в поле Гадуа GP(2m) при множественности t v< 3. ОИЯЙ, No. PIO-88-853, Дубна, 1988.

Ю. Никитюк Н.М. Специализированный процессор с алгебраической структурой для быстрого отбора физических событий. Препринт ОИЯй, No. PI0-87-254, Дубна, 1987. [. Никитюк Н.М. Быстрые алгоритмы для координатных процессоров в поле Галуа GF(2m) при множественности t = 4 и t > 5. Сообщение ОИЯИ, No. PI0-89-IS, Дубна, 1989.

12.Никитюк Н.М. Теоретические основы создания специализированных процессоров для обработки событий с кластерами. Сообщение ОИЯИ, No. PI0-89-854, Дубна, 1989.

13. Никитак Н.М. Итеративные кода и их применение в устройствах для регистрации событий в многоканальных детекторах заряхотшых частиц. ОИЯИ, No. PIQ-87-266, Дубна, 1987.

L4. Никитик Н.М. Устройство счимтивания иаформации с координатной камеры. Авт. свид. СССР No. I0726I8, Бюл. ОИ, 1984, No. 45, с. 209.

15. Гайдамака Р.И., Никитюк Н.М., Шариков В.П. Комплекс программ для автоматизации логического проектирования устройств сжатия иаформации, разрабатываемых на базе алгебраической теории кодирования. В трудах мевдународного совещания по системным методам аналитичеэских вычислений на ЭВМ и их применению в теоретической физике. ОИЯй,

No. PI0-I272.

16. Никитюк Н.М. Регистр с последовательным опросом. Авт. свид. СССР No. 1855559, Бюл. ОИ, 1966, No. 17, с. 93.

17. Никитюк Н.М., Самойлов В.Н., Шюсслер Р. Устройство для преобразования унитарного двоичного кода в двоичный с асинхронным способом управления. ПГЭ, 1984, No. 2, с.69-74 .

=8. Никитюк Н.М. Устройство считывания иаформации с координатной камеры.

Авт. сввд. СССР No. II7238I, Бюл. ОИ, 1986, No. 30, с. 124. :9. Быстрые и экономичные алгоритмы для специализированных

процессоров. Регистрация суммарного импульса в калориметрах. Сообщение ОИЯИ, РГ0-88-241, Дубна, 1988. Ю. Гуськов Б.А., Калинников В.А., Крастэв В.Р. Максимов А.Н., Никитюк

Н.М. Быстродействующий параллельный счетчик. ПГЭ, 1984, No.б 51.Калинников В.А., Никитин Н.М. Быстрый аналого-цифровой процессор для отбора событий по разности чисэл частиц. ПТЭ, 1986, No. 1, с.71-72.

52.НИКИТШ Н.М. Малые ЭВМ семейства PDP-11 -Обзор". Зарубежная радио электроника, 1976, No. 3.

53. Никиток Н.М. Ручной контроллер в стандарте КАМАК. ПТЭ, 1971, No. I

64. Никитине Н.М. Контроллер для связи крейта КАМАК с ЭВМ TPA-I00I. ОМ NO. 10-7337, Дубна, 1973.

65. Никитш Н.М., Смирнов В.А. Контроллер для связи крейта КАМАК с ЭВ1 HP2II6B. ОИЯИ, Ко. II-6124, Дубна, 1973.

56. ¿вэричева Т.В., Балдан A.M., .... Никите Н.М. и др. Установка да исследования кумулятивного радения частиц -ДИСК". ОИЯИ, 1 I-II3I7, Дубна, 1978.

67. Даматов Я.М., Дачинпунцаг Ч., Никитш Н.М., Номоконова А.И., Сема] . В.Н. Контроллер каркаса для последовательной системы КАМАК. Управ, ащив системы и машины, 1931, No. 3,

58. Даматов Я.М., Дэчшщуициг Ч., Кофлан В.У., Никитш Н.М., Homokohoi

A.И., Семенов В.Н. Последовательный драйвер, управляемый от магио' траля КАМАК. ОИЯИ, No. 13-12028, Дубна, 1978.

59. Даматов Я.М., Никитш Н.М., Шюсслер Р. Дэсятиканальний цифроврема! ной преобразователь в стандарте КАМАК. ОИЯИ, No. I3-I30QI, Дубна, 1980.

60. Даматов Я.М., Никитш Н.М., Номоконова А.И. Запоминащээ устройст] динамического типа с произвольной выборкой емкостью 4Кх16. ОИЯИ, No. 13-80-494, Дубна, I960.

61. Даматов Я.М., Никитин Н.М. Тестовый блок и методика наладки после; вательной системы КАМАК. ОШИ, No, PII-80-629, Дубна, 1980.

62. Даматов Я.И. Водопьянова H.A., Кириллов Д..Д., Никитюк Н.М. и др. Примонешю последовательной системы КАМАК для контроля и управлэга параметрами магнитооптических алиментов на ускорительном комплаю Лаборатории высоких энергий. ОИЯИ, No. 10-81-257, Дубна, 1981. До. жен на IV Всесоюзной конференции "Автоматизация научных исследова] на основе применения ЭВМ, Новосибирск, 1981.

63. Гусаков Ю.В., Дьяченко В.М., Макаров Л.Г., Никитин Н.И., Толе К.Д. Установка для исследования релятивастких частиц и ядер протяженными мишенями. ОИЯИ, No. 13-87-240, Дубна, 1987.

64. Воронко В.А., Дьяченко J3.M., Костин В.Я., Мигвленя В.Я., Мирошник

B.C., Никитш Н.М. и др. Взаимодействие релятивистских протонов и ядер 12С со свинцовой мишенью. Сообщение ОИЯИ, No. PI-88-703, Дуб на, 1988. .

65» Nikltyuk N.M. Some queition» of üíing the Algebraic Coding Theory for Comtrucl of Special-Purpose Processor« i in High Energy Fhyii'c» Spectrometer«' ,JINR, EI0-89-Î62 Submitted to Internation»! Conference AAECC 7, Toulouse Cedíx, Frai 26.06.89

■ Рукопись поотупила в издательский отдел 26 октября I9Ü9 года.

36